Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

De-aerazione altamente efficiente dei liquidi con gli ultrasuoni

Mentre il degasaggio o il degasaggio è spesso una fase di processo estremamente dispendiosa in termini di tempo, l'ecografia può accelerare la coalescenza delle bolle di gas e il loro aumento in modo significativo. Il degasaggio ad ultrasuoni può essere utilizzato in configurazioni batch e in linea e può anche essere combinato con le tecniche di degasaggio convenzionali come la scintilla con gas inerti, degasatori a girante, riscaldamento o sottovuoto, al fine di migliorare l'efficienza e la velocità di rimozione dei gas.

Rimozione di gas da liquidi

I termini disaerazione, degasaggio e degasaggio si riferiscono alla rimozione di gas liberi e disciolti, in particolare di gas reattivi come ossigeno o CO2...da un fluido. L'eliminazione dell'ossigeno è importante per prevenire modifiche dannose al prodotto finale e migliorare la lavorazione a valle. Il degasaggio è una fase di lavorazione necessaria per molte applicazioni e industrie. Nella produzione industriale, la degassazione è una fase di processo comune per garantire la stabilità del prodotto, la qualità e gli standard di prodotto continui. L'ossigeno è un fattore che influenza la qualità e la stabilità del prodotto a vari livelli.
Pertanto, la disaerazione è una fase consolidata del processo nel cibo & industria delle bevande, chimica, farmaceutica e cosmetica. Ma anche nei laboratori, i campioni richiedono spesso il degasaggio prima dell'analisi (ad esempio, prima dell'HPLC, dei saggi, delle misurazioni delle particelle, ecc.)
Spesso i processi di miscelazione con l'impiego, ad esempio, di mescolatori a pale alte o a giranti rotanti rendono spesso necessario il successivo degasaggio del prodotto, poiché queste tecniche di miscelazione introducono comunemente elevate quantità di gas nel prodotto. Tali inclusioni di gas e aria hanno di solito effetti negativi sul prodotto, in quanto possono rendere rancidi i grassi e gli oli, deteriorare i prodotti per ossidazione, scolorire e alterazioni indesiderate dell'odore e del gusto. Poiché i prodotti degasati sono chimicamente più stabili e hanno una durata di conservazione più lunga, la degassificazione è una fase di lavorazione essenziale che richiede una tecnica affidabile.

UP400St - a 400W powerful ultrasonic degasser

UP400St – sistema digitale di degasaggio ad ultrasuoni

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Ultrasonic degassing is an efficient technique for rapid and effective removal of gases from liquids such as oils, water, solvents etc.

Degasaggio ad ultrasuoni: Le bolle di gas intrappolate vengono rimosse dall'olio usando l'ultrasuonatore UP400St

Degassificazione e disaerazione a ultrasuoni

La degassificazione e la disaerazione a ultrasuoni è un'alternativa molto potente ai metodi tradizionali di degasaggio dei liquidi che includono l'ebollizione, la riduzione della pressione al vuoto o la scintilla con gas inerti. Questi metodi tradizionali di degasaggio spesso presentano svantaggi come la degradazione termica (dovuta al riscaldamento), la lavorazione che richiede tempo ed energia e/o l'insufficiente rimozione dei gas. Il degasaggio ad ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica. Quando le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate in un liquido, il liquido viene compresso ed espanso durante i cicli di alta e bassa pressione, rispettivamente. Durante i cicli di bassa pressione, si creano minuscole bolle di vuoto (le cosiddette bolle di cavitazione) che crescono durante diversi cicli di pressione. Durante questi cicli di crescita delle bolle, i gas disciolti nel liquido entrano nella bolla di vuoto, in modo che la bolla di vuoto si trasformi in bolle di gas in crescita. Inoltre, le microturbolenze e i getti di liquido provocano un'intensa agitazione e un trasferimento di massa. Queste condizioni generate ad ultrasuoni causano la coalescenza della bolla di gas, che è l'unificazione di piccole bolle di gas disciolti in bolle di gas più grandi, che salgono rapidamente alla superficie del liquido, dove lasciano il liquido.
Le variazioni di temperatura causate dalle vibrazioni ultrasoniche e dalla cavitazione sono limitate a spazi locali molto piccoli e l'aumento di temperatura nel volume totale può essere trascurato in quanto non interferisce con la qualità del prodotto.
A seconda del volume, della viscosità e delle inclusioni di gas del liquido o del liquame, la disaerazione ad ultrasuoni può essere eseguita come processo batch o in linea. Una sonda ad ultrasuoni ad alta potenza emette una cavitazione acustica nel liquido, in modo che il liquido venga degassato in modo efficiente.
La degassificazione ad ultrasuoni può essere implementata anche per migliorare i sistemi di degasaggio già esistenti, come il riscaldamento, il vuoto o lo sparging.
Il degasaggio e la schiumatura ad ultrasuoni è utilizzato su scala industriale per rimuovere gas disciolti da acqua, oli, alimenti e bevande, soluzioni chimiche, fluidi idraulici, liquidi di raffreddamento, liquidi di perforazione, petrolio greggio, emulsioni, vernici, inchiostri, adesivi, vernici, rivestimenti, epossidici, shampoo, detergenti e molti altri prodotti.

Ultrasonic degassing removes dissolved gases rapidly from liquids.

Degasaggio ad ultrasuoni utilizzando una configurazione di celle a flusso. Questo esperimento è stato un prototipo di piccolo anello d'acqua in scala ridotta con un volume di 0,8 galloni, un flusso di gas inerte di 0,2 sfcm/min e un'intensità di 275 W/cm2. Questo mostra una riduzione del tempo di rimozione dell'ossigeno di circa il 70%.
Studio e foto: Rubio et al. 2016

La degassificazione e la disaerazione ad ultrasuoni è adatta per:

  • Lotto e in linea
  • Basse e alte viscosità
  • Piccoli e grandi volumi
  • Temperature calde e fredde
  • Installazioni versatili
  • Funzionamento a pieno carico 24 ore su 24, 7 giorni su 7
Ultrasonic degassing setup in continuous flow

Degasaggio ad ultrasuoni in configurazione in linea con l'apparecchio ad ultrasuoni UIP1000hdT con cella a flusso.

The flow chart shows the setup of an ultrasonic inline de-aeration system

Impostazione di degasaggio ad ultrasuoni per la rimozione continua di gas in linea

Scintille a ultrasuoni

Lo spruzzo di liquidi con gas inerte (noto anche come spurgo di gas inerte) è un trattamento comune per rimuovere dal liquido i gas indesiderati come l'ossigeno e l'anidride carbonica. Per le applicazioni di sparging sono comunemente usati azoto, argon, elio ed altri gas inerti. Gorgogliando una soluzione con un gas ad alta purezza (tipicamente inerte) si possono estrarre gas disciolti indesiderati, tipicamente reattivi come l'ossigeno e l'anidride carbonica. Il processo di scintillamento si basa sul trasferimento di massa ed è di per sé una procedura piuttosto lenta. Per intensificare la scintilla con gas inerti, la soluzione di gas liquido è spesso agitata vigorosamente e gorgogliata a lungo. L'ultrasonicazione è una tecnica di degassificazione-intensificazione, che migliora il trasferimento di massa e quindi lo sparging in modo significativo. Quando le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate in liquidi o fanghi, si generano bolle di cavitazione. Queste bolle di cavitazione rompono le bolle di gas di spurgo più grandi in piccole bolle e le disperdono in modo uniforme, il che si traduce in effetti degasanti più rapidi e puliti. L'intensa agitazione e le turbolenze create dall'ultrasonicazione favoriscono il trasferimento di massa gas-liquido e quindi la rapida rimozione dei gas indesiderati.
Per accelerare e rendere più efficiente la procedura di sparging, gli ultrasuoni ad alte prestazioni vengono utilizzati per migliorare sonomeccanicamente le prestazioni di trasferimento di massa tra gas e liquido. Gli effetti sonomeccanici generati dalla cavitazione acustica comprendono i differenziali locali di pressione e temperatura, le microturbolenze e l'agitazione. Queste forze migliorano le prestazioni di degasaggio contribuendo ad un aumento del trasferimento di massa diffusivo dovuto alla rottura delle bolle, alla dispersione e al conseguente aumento dell'area interfacciale, che si traduce infine in una rapida rimozione dei gas intrappolati dal liquido.
Per ottenere gli effetti di degassamento desiderati, è necessaria l'ultrasonicazione ad alta potenza. Quando un liquido viene risparmiato con un gas inerte in un flusso bifase, si desidera una diffusione rettificata per aumentare il trasferimento di massa e la velocità di rimozione dei gas disciolti. L'applicazione della diffusione rettificata può essere difficile perché le bolle di gas intrappolate e disciolte tendono ad evitare di entrare nel campo di cavitazione ultrasonica a intensità inferiori. Tuttavia, a intensità elevate (superiori a 300 W/cm2 a circa 20 kHz) le bolle di gas non evitano più la zona di cavitazione e vengono interrotte da forze sonomeccaniche. (cfr. Jagannathan et al. 2011)

La disidratazione dei liquidi è una potente applicazione dei dispositivi ad ultrasuoni Hielscher. Il video mostra l'Hielscher UP200S durante la degassificazione dell'acqua.

Degasaggio dell'acqua con UP200S con sonotrodo S40

Degasaggio ad ultrasuoni di leghe di alluminio fuso

La generazione di cavitazione nei metalli liquidi è un'applicazione molto impegnativa e ci sono solo pochissime tecniche per produrre una cavitazione sufficiente e affidabile nelle fusioni dei metalli. Tuttavia, la velocità e l'intensità della cavitazione sono fattori cruciali per il risultato della degassificazione. Una degassificazione efficace richiede una cavitazione affidabile per ottenere il massimo affinamento strutturale del metallo fuso. La cavitazione intensa mediante ultrasuoni ad alte prestazioni può migliorare la degassificazione del 30 - 60%.
Ultrasonic probe for the degassing of liquid aluminium alloy.I degasatori a ultrasuoni a sonda sono considerati uno dei metodi di degasaggio più affidabili, che si sono dimostrati scientificamente validi su piccola e grande scala. La generazione di un'intensa cavitazione acustica dipende da vari fattori, tra cui i parametri di processo a ultrasuoni, la composizione del metallo, la tensione superficiale, la temperatura di fusione, la viscosità, così come il volume e il livello di dissoluzione delle inclusioni di gas nel metallo fuso. I parametri di processo a ultrasuoni possono essere sintonizzati con precisione sulla composizione del metallo fuso e sui fattori che lo influenzano, in modo da ottenere la giusta intensità di cavitazione. L'esatta regolazione dei parametri ultrasonici è fondamentale per i vantaggi della degassificazione ad ultrasuoni delle fusioni metalliche. I principali vantaggi della degassificazione ad ultrasuoni sono l'alta velocità di degassificazione e il ridotto impatto ambientale del processo. Poiché la degassificazione ad ultrasuoni produce solo pochissime scorie, la degassificazione ad ultrasuoni del metallo fuso è una tecnica verde e rispettosa dell'ambiente.
L'alluminio degasaggio si fonde: La degassazione ad ultrasuoni è un metodo collaudato per aumentare la densità delle leghe di alluminio e diminuire il contenuto di idrogeno nelle leghe di alluminio. In confronto a procedure di degasaggio alternative come il degasaggio mediante l'utilizzo di una girante rotante, il degasaggio ad ultrasuoni eccelle per velocità ed efficienza. Gli studi hanno dimostrato che un sistema di degasaggio con sonda ad ultrasuoni è stato circa 3 volte più veloce della rimozione del gas tramite girante.
Poiché la degassificazione ad ultrasuoni non comporta l'agitazione convenzionale del metallo, l'ossido di alluminio protettivo sulla superficie della fusione non viene perturbato. Mantenendo intatto lo strato di ossido di alluminio si impedisce l'introduzione di ossido di alluminio nella fusione di alluminio, in modo da mantenere l'effetto protettivo contro i contaminanti atmosferici. Il degasaggio ad ultrasuoni migliora la raffinatezza dei grani e la struttura delle leghe di alluminio. Questo, oltre a favorire la rimozione ad ultrasuoni delle inclusioni di gas non metallici dall'alluminio liquido, rende i trattamenti ad ultrasuoni del metallo fuso una tecnica superiore per la produzione di getti metallici di alta qualità.
The degasification of metal melts such as aluminium alloys requires high-performance, high-power ultrasonic equipment. The ultrasonic probe must be specified for use with high temperatures and high viscosities. The ultrasonicator must be able to deliver and maintain constant amplitudes over long time periods. Hielscher Ultrasonics is specialised in the development, manufacturing and distribution of high-power ultrasound equipment for demanding applications such as the degasification of metal melts. Supplying high-performance ultrasonicators at any scale and ultrasonic probes developed specifically for the treatment of liquid metals, Hielscher Ultrasonics is your partner for reliable and efficient metal melt applications.

Ultrasonic degassing of drilling mud performed with the probe-type ultrasonicator UIP1000hd

Fango di perforazione a base d'acqua prima e dopo il degasaggio ad ultrasuoni con UIP1000hd
Studio e foto di Amani et al. 2016

Sistemi di degasaggio ad ultrasuoni ad alta potenza

Hielscher Ultrasonics è un produttore di lunga esperienza nella produzione di apparecchiature ad ultrasuoni ad alte prestazioni che viene utilizzato in tutto il mondo nei laboratori e nella produzione industriale. La degassificazione di liquidi e fanghi è un'applicazione impegnativa che richiede sonde ad ultrasuoni ad alta potenza che possono accoppiare ampiezze stabilite in liquidi per rimuovere bolle di gas intrappolate e sacche d'aria. Tutti i dispositivi ad ultrasuoni Hielscher sono progettati e costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7 a pieno carico. I processori ad ultrasuoni sono disponibili da ultrasuoni da laboratorio compatti da 50 watt a 16.000 watt di potenti sistemi ad ultrasuoni in linea. Un'ampia varietà di trombe di richiamo, sonotrodi e celle di flusso consentono la configurazione individuale di un sistema di degasaggio ad ultrasuoni in corrispondenza del liquido, della viscosità e delle inclusioni di gas.
For the deaeration and outgassing of liquid metals, precisely set and maintained amplitudes are required. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic probes that are specified for very process-optimized amplitudes and temperatures. If your degassing application requires unusual specifications, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

Lotto e in linea

Le sonde ad ultrasuoni Hielscher per la degassificazione possono essere utilizzate per la degassificazione e la disaerazione in linea in batch e continua. A seconda del volume, della viscosità e dei gas intrappolati, vi consiglieremo la configurazione di degasaggio ad ultrasuoni più adatta.

Sonde ad ultrasuoni per il degasaggio di qualsiasi volume

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi l'apparecchiatura di degasaggio ad ultrasuoni più adatta per il vostro liquido, la capacità di processo e gli obiettivi di produzione.

Ampiezze precisamente controllabili per risultati ottimali

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Tutti i sistemi di degasaggio ad ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia della degassificazione sonomeccanica indotta. Tutti gli ultrasuoni Hielscher’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di richiamo sono accessori che permettono di modificare l'ampiezza in una gamma ancora più ampia. I processori industriali ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più esigenti. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Precise amplitude settings and the permanent monitoring of the ultrasonic process parameters via smart software give you the possibility to adjust the ultrasonic process parameters for most effective ultrasonic degasification. Optimal sonication for highly efficient gas removal!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Questo rende l'apparecchiatura ad ultrasuoni di Hielscher uno strumento di lavoro affidabile che soddisfa i requisiti del processo di disaerazione.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

In quanto azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà la priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e accuratamente testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale dei degasatori ad alte prestazioni di Hielscher.

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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la dispersione, l'emulsione e l'estrazione delle cellule.

Omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alta potenza di laboratorio a pilota e Industriale scala.

Letteratura / Referenze